(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板の一方の面に、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、
前記第二光配向膜に偏光を照射することにより、一様な配向方向を有する第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と、
前記第二光配向膜における前記基板とは反対側に直接、光配向膜を塗布する塗布工程と、
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された２つの領域を形成する配向形成工程と
を備え、
前記第二配向形成工程において、前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる光回折素子の製造方法。
【請求項２】
透明な基板の一方の面に、光配向膜を塗布する塗布工程と、
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された２つの領域を形成する配向形成工程と、
前記光配向膜における前記基板とは反対側に直接、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、
前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と
を備える光回折素子の製造方法。
【請求項３】
透明な基板の一方の面に、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、
前記第二光配向膜に偏光を照射することにより、一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と、
前記第二光配向膜上に液晶を塗布して硬化することにより、前記一様な配向方向に基づいて配向した光学軸を有する第二液晶層を形成する第二液晶形成工程と、
前記第二液晶層における前記第二光配向膜とは反対側に直接、光配向膜を塗布する塗布工程と、
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された２つの領域を形成する配向形成工程と
を備え、
前記第二配向形成工程において、前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる光回折素子の製造方法。
【請求項４】
前記光配向膜上に液晶を塗布することにより、前記２つの領域の配向方向に基づいて配向した光学軸を有する２つの領域が周期的に並んで配された液晶層を形成する液晶形成工程をさらに備える請求項３に記載の光回折素子の製造方法。
【請求項５】
透明な基板の一方の面に、光配向膜を塗布する塗布工程と、
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された２つの領域を形成する配向形成工程と、
前記光配向膜上に液晶を塗布して硬化することにより、前記２つの領域の配向方向に基づいて配向した光学軸を有する２つの領域が周期的に並んで配された液晶層を形成する液晶形成工程と、
前記液晶層における前記配向膜とは反対側に直接、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、
前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と
を備える光回折素子の製造方法。
【請求項６】
前記第二配向形成工程の後に、
前記第二光配向膜上に液晶を塗布することにより、前記一様な配向方向に基づいて配向した光学軸を有する第二液晶層を形成する第二液晶形成工程と
をさらに備える請求項５に記載の光回折素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回折素子、光ピックアップ及び光回折素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ等の光記憶媒体のデータを読み取る光ピックアップ用の光回折素子がある。
【０００３】
特許文献１には、回折格子が開示されている。この回折格子は、エッチングにより凹部が一面に周期的に形成された基板を有する。この回折格子では、凹部が形成された領域とそれ以外の領域によってレーザ光を回折させる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の回折格子の基板は、凹部が形成されている領域は薄いので強度が低い。これにより、この回折格子の基板は、凹部が形成されている領域の強度を保つために、回折格子全体の厚みを大きくしなければならないといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、透明な基板と、前記基板の一方の面に形成され、配向方向が互いに異なる方向の２つの領域が周期的に並んで配された光配向膜とを備える光回折素子である。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、上述の光回折素子と、前記光回折素子へ偏光を入力するレーザと、前記光回折素子からの回折光が入力され、前記光回折素子からの偏光と対象物からの反射光とを分離するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分離された反射光を受ける受光素子とを備える光ピックアップである。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、透明な基板の一方の面に、光配向膜を塗布する塗布工程と、前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された２つの領域を形成する配向形成工程とを備える光回折素子の製造方法である。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態による光ピックアップの全体構成図である。
【図２】光回折素子の分解斜視図である。
【図３】光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【図４】光回折素子の製造工程を説明する図である。
【図５】光回折素子の製造工程を説明する図である。
【図６】光回折素子の製造工程を説明する図である。
【図７】光回折素子の製造工程を説明する図である。
【図８】光回折素子の製造工程を説明する図である。
【図９】変更した実施形態による光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【図１０】変更した実施形態による光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【図１１】リタデーション比を変化させた場合の、０次光及び±１次光の回折効率の変化を示すグラフである。
【図１２】リタデーション比を変化させた場合の、０次光に対する±１次光の回折効率比の変化を示すグラフである。
【図１３】幅比ＷＲを変化させた場合の、０次光及び±１次光の回折効率の変化を示すグラフである。
【図１４】幅比ＷＲを変化させた場合の、０次光に対する±１次光の回折効率比の変化を示すグラフである。
【図１５】変更した実施形態による光回折素子の分解斜視図である。
【図１６】領域２３の遅相軸と領域２４の遅相軸の交差角度θと、０次光及び１次光の回折効率との関係を示すグラフである。
【図１７】領域２３の遅相軸と領域２４の遅相軸の交差角度θと、０次光及び１次光の楕円率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、実施形態による光ピックアップの全体構成図である。図１に矢印で示すＸＹＺをＸＹＺ方向とする。
【００１２】
図１に示すように、実施形態による光ピックアップ１は、対象物の一例であるＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ等の光記憶媒体９０に光を照射して、光記憶媒体９０に記憶されている情報を読み取る。光ピックアップ１は、レーザ２と、偏光フィルター３と、光回折素子４と、偏光ビームスプリッタ５と、コリメートレンズ６と、１／４波長板７と、対物レンズ８と、集光部９と、受光素子１０とを備えている。尚、往路とは、レーザ２から光記憶媒体９０までの光９１の経路を示し、復路とは光記憶媒体９０から受光素子１０までの経路を示す。
【００１３】
レーザ２は、往路の最も上流側に配置されている。レーザ２は、光回折素子４等に入力するためのレーザ光である光９１を−Ｚ方向に出射する。レーザ２から出射されるレーザ光は、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光である。このレーザ光の波長は特に限定するものではないが、例えば、光記憶媒体９０がＣＤの場合、波長は７８７ｎｍ、光記憶媒体９０がＤＶＤの場合、波長は６５５ｎｍである、光記憶媒体９０がブルーレイの場合、波長は４０５ｎｍである。
【００１４】
偏光フィルター３は、レーザ２と光回折素子４との間に配されている。偏光フィルター３は、Ｙ方向を偏光方向とする光を透過するとともに、Ｘ方向を偏光方向とする光を遮断する。即ち、偏光フィルター３は、レーザ２から出射される光９１を透過する。一方、光記憶媒体９０によって反射されて偏光フィルター３に戻る光は、Ｘ方向を偏光方向とするので、偏光フィルター３によって遮断される。なお、偏光フィルター３はなくてもよい。
【００１５】
光回折素子４は、偏光フィルター３と偏光ビームスプリッタ５との間に配置されている。光回折素子４は、ＸＹ平面に平行な四角形の板状に形成されている。ここで、光回折素子４の形状は、正方形、長方形、平行四辺形にすることができる。特に、光回折素子４の形状を長方形または平行四辺形にすることにより、組み立て時に、光学軸の向きを容易に認識して、正確な方向に組み立てることができる。光回折素子４は、レーザ２から出射された光９１を回折させて、回折光を生成する。また、光回折素子４は、レーザ２から出射されたＹ方向を偏光方向とする光９１の偏光方向を９０°回転させて、Ｘ方向を偏光方向とする光９１に変換する。尚、光回折素子４の詳細については、後述する。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ５は、光回折素子４とコリメートレンズ６との間に配されている。偏光ビームスプリッタ５は、ビームスプリッタの一例であり、偏光方向がＸ方向である光を透過するとともに、偏光方向がＹ方向である光を反射する。ここで、光回折素子４を透過して−Ｚ方向に進行する往路の光９１の偏光方向はＸ方向である。従って、偏光ビームスプリッタ５は往路の光９１を透過する。一方、光記憶媒体９０に反射されて＋Ｚ方向に進行する復路の光９１の偏光方向は、後述する１／４波長板７によって９０°回転されてＹ方向となっている。従って、偏光ビームスプリッタ５は、復路の光９１を＋Ｙ方向に反射する。これにより、偏光ビームスプリッタ５は、レーザ２から出射された偏光である光９１と、光記憶媒体９０に反射された反射光である光９１とを分離する。
【００１７】
コリメートレンズ６は、偏光ビームスプリッタ５と１／４波長板７との間に配置されている。コリメートレンズ６は、−Ｚ方向に進行する光を平行光に変換するとともに、＋Ｚ方向に進行する平行光を集光させる。
【００１８】
１／４波長板７は、コリメートレンズ６と対物レンズ８との間に配されている。１／４波長板７は、直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光を直線偏光に変換する。従って、１／４波長板７は、直線偏光である往路の光９１を円偏光に変換する。また、１／４波長板７は、光記憶媒体９０によって反射された円偏光である復路の光９１を直線偏光に変換する。ここで、光記憶媒体９０は固定端なので、光記憶媒体９０に達する前の円偏光の回転方向と、光記憶媒体９０に反射された後の円偏光の回転方向は、反対である。従って、１／４波長板７を透過した復路の光９１の偏光方向は、１／４波長板７に達する前の直線偏光の偏光方向から９０°回転されたＹ方向となる。
【００１９】
対物レンズ８は、１／４波長板７と光記憶媒体９０との間に配されている。対物レンズ８は、往路において、略平行光の光９１を光記憶媒体９０へと集光する。
【００２０】
集光部９は、偏光ビームスプリッタ５と受光素子１０との間に配されている。集光部９は、例えば、シリンドリカルレンズ、凹レンズ等の単数または複数のレンズによって構成することができる。集光部９は、光記憶媒体９０によって反射された後、更に、偏光ビームスプリッタ５によって＋Ｙ方向へと反射された光９１を受光素子１０へと集光する。
【００２１】
受光素子１０は、集光部９の＋Ｙ方向側であって、復路の最も下流側に配置されている。受光素子１０は、光記憶媒体９０によって反射され、偏光ビームスプリッタ５によって分離された反射光である復路の光９１を受光する。そして、受光素子１０は、受光した光９１を電気信号に変換した後、出力する。
【００２２】
図２は、光回折素子の分解斜視図である。図３は、光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【００２３】
図２及び図３に示すように、光回折素子４は、基板１１と、偏光方向変換用の光配向膜１２及び液晶層１３と、光回折用の光配向膜１４及び液晶層１５と、反射防止膜１６とを備えている。尚、基板１１は光記憶媒体９０側に配置され、反射防止膜１６はレーザ２側に配されている。
【００２４】
基板１１は、面全体で略均一な厚みを有し、２ｍｍ〜５ｍｍ×２ｍｍ〜５ｍｍの四角形状に形成されている。基板１１は、レーザ光の波長で透過率の高い透明なガラス板からなる。尚、基板１１を樹脂製の板、樹脂製のフィルムまたはガラス繊維を含む樹脂材料等の透明な材料によって構成してもよい。特に、ガラス繊維を含む材料によって基板１１を構成した場合、強度及び作業性等を向上させることができる。基板１１は、光配向膜１２、液晶層１３、光配向膜１４、液晶層１５及び反射防止膜１６を保持する。
【００２５】
光配向膜１２は、第二光配向膜の一例である。光配向膜１２は、紫外線硬化樹脂であって、光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物からなる。光配向膜１２は、約０．０１μｍ〜１μｍの厚みを有する。光配向膜１２は、基板１１の＋Ｚ面に形成されている。換言すると、光配向膜１２は、基板１１と、液晶層１３及び光配向膜１４との間に配されている。光配向膜１２は、後述する光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。これは、光配向膜１２の配向方向が、光配向膜１２に入射するレーザ２からの光９１の偏光方向に対して斜行していることを意味する。一例として、光配向膜１２の配向方向は、光配向膜１４の配向方向から４５°傾斜させた方向である。光配向膜１２は、この配向方向によって、液晶層１３の光学軸を配向させる。ここでいう光学軸とは、遅相軸である。尚、光学軸の他の例は、進相軸である。
【００２６】
液晶層１３は、第二液晶層の一例であって、１／２波長板の構成を有する。液晶層１３は、基板１１と光配向膜１４との間であって、光配向膜１２上に形成されている。液晶層１３は、複屈折性を有する重合性液晶等の有機膜からなる。液晶層１３は、約０．５μｍ〜１０μｍの厚みを有する。液晶層１３は、光配向膜１２の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。図２に示す例において、液晶層１３の光学軸は、光配向膜１４の配向方向から４５°傾斜させた方向である。従って、液晶層１３は、レーザ２から出射されたＹ方向を偏光方向とする光９１の偏光方向を９０°回転させて、Ｘ方向を偏光方向とする光９１に変換する。また、液晶層１３は、偏光ビームスプリッタ５を透過した、Ｙ方向を偏光方向とする復路の光９１の偏光方向を９０°回転させて、Ｘ方向を偏光方向とする光９１に変換する。
【００２７】
光配向膜１４は、紫外線硬化樹脂であって、光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物からなる。光配向膜１４は、約０．０１μｍ〜１μｍの厚みを有する。光配向膜１４は、液晶層１３上に形成されている。換言すると、光配向膜１４は、基板１１の＋Ｚ側の面に間接的に形成されている。光配向膜１４は、１００μｍ以下のＹ方向の幅を有し、Ｘ方向に延びる長方形状の２つの領域２１、２２を有する。領域２１と領域２２は、略同じ形状に形成されている。Ｙ方向において、領域２１、２２は、交互に周期的に並んで配されている。領域２１は、Ｘ方向の配向方向を有する。従って、領域２１の配向方向は、レーザ２から出射される光９１の偏光方向であるＸ方向に平行である。領域２２は、Ｙ方向の配向方向を有する。即ち、光配向膜１４は、配向方向が互いに直交する２つの領域２１、２２を有する。光配向膜１４は、これらの配向方向によって、液晶層１５の光学軸を配向させる。
【００２８】
液晶層１５は、光配向膜１４上に形成されている。液晶層１５は、複屈折性を有する重合性液晶等の有機膜からなる。液晶層１５は、約０．５μｍ〜１０μｍの厚みを有する。液晶層１５は、Ｘ方向に延びる長方形状の２つの領域２３、２４を有する。領域２３は、光配向膜１４の領域２１の配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有し、領域２４は、光配向膜１４の領域２２の配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。領域２３は、光配向膜１４の領域２１と略同じ形状に、且つ、領域２１上に配されている。領域２４は、光配向膜１４の領域２２と略同じ形状に、且つ、領域２２上に配されている。従って、Ｙ方向において、領域２３、２４は、交互に周期的に並んで配列されている。領域２３の光学軸は、レーザ２から出射される光９１の偏光方向であるＸ方向に平行である。領域２４の光学軸は、Ｙ方向に平行である。従って、領域２３は、Ｙ方向の偏光成分の位相を遅らせるとともに、領域２４は、Ｘ方向の偏光成分の位相を遅らせる。この結果、液晶層１５は、Ｘ方向の偏光方向を有し、Ｚ方向に進行する往路の光９１を回折させて、Ｚ方向と略平行な０次光９１０、Ｚ方向からＹ方向に傾斜した１次光９１１、Ｚ方向から更に傾斜した２次光（図示略）等を生成する。
【００２９】
反射防止膜１６は、液晶層１５上に形成されている。換言すると、反射防止膜１６は、基板１１から見て、光配向膜１２、液晶層１３、光配向膜１４、及び、液晶層１５よりも外側に配されている。反射防止膜１６は、レーザ２から出射されて光回折素子４に入射する光９１の反射を抑制する。これにより、反射防止膜１６は、到達した光９１のうち、使用される光の効率を向上させる。また、反射防止膜１６は、反射して散乱する光も抑制するので、光記憶媒体９０からの信号の読み取りを低下させるノイズを低減することができる。
【００３０】
次に、上述した実施形態の光回折素子４を有する光ピックアップ１の動作について説明する。
【００３１】
まず、レーザ光である光９１が、レーザ２から出射される。この光９１は、Ｙ方向の偏光方向を有し、−Ｚ方向に進行する。この光９１は、偏光フィルター３に達する。ここで、光９１は、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光である。従って、ほとんどの光９１は、偏光フィルター３を透過して、光回折素子４に達する。
【００３２】
光回折素子４の＋Ｚ側には反射防止膜１６が設けられているので、光回折素子４に達した光９１は、ほとんど反射されることなく、反射防止膜１６に入射する。反射防止膜１６を透過した光９１は、液晶層１５に入射する。液晶層１５は、互いに光学軸が直交する２つの領域２３、２４を有するので、光９１は、液晶層１５を回折する。この結果、光９１は、０次光９１０、１次光９１１、・・となる。回折した光９１は、光配向膜１４を透過した後、液晶層１３に達する。液晶層１３は、１／２波長板の構成を有するので、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光の光９１は液晶層１３によってＸ方向を偏光方向とする直線偏光の光９１に変換される。この後、光９１は、光配向膜１２及び基板１１を透過して、光回折素子４から出射される。
【００３３】
この後、光９１は、偏光ビームスプリッタ５に達する。ここで、光９１は、Ｘ方向の偏光方向を有するので、偏光ビームスプリッタ５を透過して、コリメートレンズ６に達する。この後、光９１は、コリメートレンズ６によって平行光に変換された後、１／４波長板７に達する。
【００３４】
次に、直線偏光の光９１は、１／４波長板７によって円偏光に変換された後、対物レンズ８に達する。光９１は、対物レンズ８によって集光されて、光記憶媒体９０へと達する。この後、光記憶媒体９０に達した光９１のうち、０次光９１０、１次光９１１、または、その他の多次光の何れかが、光記憶媒体９０によって＋Ｚ方向へと反射される。この後、反射された光９１は、対物レンズ８によって平行光に変換された後、１／４波長板７に達する。円偏光の光９１は、１／４波長板７によって、直線偏光に変換される。ここで、復路の円偏光の光９１の回転方向は、固定端である光記憶媒体９０の反射によって、往路の回転方向から反転されている。従って、復路において１／４波長板７を透過した直線偏光の光９１の偏光方向は、往路において１／４波長板７に達した直線偏光の光９１の偏光方向から９０°回転されてＹ方向となっている。
【００３５】
次に、平行光である光９１は、コリメートレンズ６によって集光されて、偏光ビームスプリッタ５へと達する。ここで偏光ビームスプリッタ５はＹ方向を偏光方向とする光を反射する。従って、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光である復路の光９１は、偏光ビームスプリッタ５によって＋Ｙ方向へと反射される。尚、復路の光９１のうち、一部は偏光ビームスプリッタ５を透過するが、この透過した光９１の多くは、Ｙ方向を偏光方向とする偏光である。そして、この透過した光９１の偏光方向は、光回折素子４の液晶層１３によって９０°回転されて、Ｘ方向となる。これにより、偏光ビームスプリッタ５を透過した光９１は、偏光フィルター３によって遮断されて、レーザ２には達しない。
【００３６】
この後、偏光ビームスプリッタ５によって＋Ｙ方向に反射された光９１は、集光部９によって受光素子１０へと集光される。受光素子１０によって受光された光９１は、電気信号に変換されて出力される。ここで、光ピックアップ１の初期設定では、３ビームトラッキング法が実行される。即ち、光回折素子４によって回折された光９１のうち、１次光９１１等が反射されて受光素子１０によって受光されると、０次光９１０が受光素子１０によって受光されるように、光ピックアップ１が調整される。
【００３７】
次に、上述した実施形態による光回折素子４の製造方法について説明する。図４〜図８は、光回折素子の製造工程を説明する図である。図４、図６、図７において、大きい矢印は、光の照射方向を示し、その横の小さい矢印は光の偏光方向を示す。
【００３８】
まず、図４に示すように、第二塗布工程において、透明な基板１１の＋Ｚ面の全体に、例えば紫外線硬化樹脂からなる光配向膜１２を塗布する。この後、第二配向形成工程において、紫外線であって、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する直線偏光を光配向膜１２に照射して、光配向膜１２を配向させる。これにより、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜１２が形成される。
【００３９】
次に、図５に示すように、第二液晶形成工程において、光配向膜１２上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥させた後、紫外線を照射することにより硬化させて、液晶層１３を形成する。尚、加熱により液晶層１３を硬化させてもよい。ここで、液晶層１３の光学軸は、下層の光配向膜１２の配向方向に基づいて平行に配向する。この結果、光配向膜１２の一様な配向方向に平行な光学軸を有する液晶層１３が形成される。
【００４０】
次に、図６に示すように、液晶層１３の＋Ｚ面の全体に光配向膜１４を塗布する。換言すると、塗布工程において、透明な基板１１の＋Ｚ面に間接的に光配向膜１４を塗布する。この状態で、所定間隔開けて、光配向膜１４の＋Ｚ方向にマスク３１を配置する。マスク３１には、領域２１と同形状の開口部３２が形成されている。このマスク３１の開口部３２は、領域２１を形成する領域の上方に配置される。次に、配向形成工程において、Ｘ方向を偏光方向とする直線偏光を、マスク３１の開口部３２を介して光配向膜１４に照射する。これにより、領域２１の配向方向が、Ｘ方向に配向する。
【００４１】
次に、図７に示すように、開口部３２が領域２２の上方となるように、マスク３１をＹ方向に移動させる。この状態で、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光を、マスク３１を介して、光配向膜１４に照射する。これにより、領域２２の配向方向が、Ｙ方向に配向する。この結果、光配向膜１４に互いに直交する直線偏光を照射して、配向方向が互いに直交し、周期的に並んで配された２つの領域２１、２２を光配向膜１４に形成するための配向形成工程が終了する。
【００４２】
次に、図８に示すように、光配向膜１４上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥させた後、紫外線を照射することにより硬化させて、液晶層１５を形成する。尚、加熱により液晶層１５を硬化させてもよい。ここで、液晶層１５の光学軸は、下層の光配向膜１４の配向方向に基づいて平行に配向する。従って、光配向膜１４の領域２１上に形成された液晶層１５の領域２３の光学軸はＸ方向となる。一方、光配向膜１４の領域２２上に形成された液晶層１５の領域２４の光学軸はＹ方向となる。これにより、光配向膜１４の２つの領域２１、２２の配向方向のそれぞれに基づいて平行に配向した光学軸を有する２つの領域２３、２４が周期的に並んで配された液晶層１５を形成するための液晶形成工程が終了する。
【００４３】
次に、液晶層１５の＋Ｚ面の全体に反射防止膜１６を形成する。これにより、図３に示す光回折素子４が完成する。
【００４４】
次に、上述した実施形態による光回折素子４の効果について説明する。
【００４５】
上記実施形態によれば、光回折素子４では、液晶層１５が、光学軸を互いに直交させた領域２３及び領域２４であって、周期的に並べて配された領域２３及び領域２４によって光を回折させている。これにより、光回折素子４は、基板１１を面全体で略均一な厚みにして、面全体で略等しい強度とすることができる。この結果、光回折素子４の厚みを小さくして、小型化することができる。
【００４６】
光回折素子４は、基板１１に凹凸を形成する必要がないので、平坦性を向上させることができる。この結果、光回折素子４は、カバーガラス等を設けることなく、充分な透過波面収差を得ることができる。また、基板１１に凹凸を形成する必要がないので、基板１１に塵等が積もることを抑制できる。この結果、光回折素子４は、扱いが容易になり作業性が向上するとともに、塵等による光学性能の劣化を抑制できる。
【００４７】
光回折素子４では、１／２波長板として機能する液晶層１３及び回折格子として機能する液晶層１５を同じ基板１１上に順に塗布することによって形成している。ここで、１／２波長板と回折格子とを別々の部品として製造した後に組み立てる場合、組み立て前の各部品は、強度を保つために一定の厚みを必要とする。このため、光回折素子の厚みは大きくなる。一方、実施形態による光回折素子４の場合、基板１１が所定の強度を有すれば、塗布によって形成される液晶層１３及び液晶層１５の厚みを小さくすることができる。これにより、光回折素子４を薄型化することができる。また、液晶層１３及び液晶層１５の組み立て工程及び位置合わせ工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【００４８】
光回折素子４では、反射防止膜１６が、レーザ２からの光９１が入射する面に形成されている。これにより、光回折素子４は、到達した光９１の反射を低減して、使用される光の効率を反射防止膜１６によって向上させることができる。また、光回折素子４は、反射により散乱する光も、反射防止膜１６によって抑制することができる。これにより、光記憶媒体９０からの信号の読み取りを低下させるノイズを低減することができる。更に、液晶層１５が、反射防止膜１６によって大気に曝されることを抑制することができる。この結果、液晶層１５が、酸化等により劣化することを抑制できる。
【００４９】
次に、上述した実施形態の光回折素子を変更した実施形態について説明する。尚、上述した実施形態と同様の構成には同じ符号をつけて説明を省略する。図９は、変更した実施形態による光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【００５０】
図９に示すように、この実施形態による光回折素子４では、光配向膜１４、液晶層１５、光配向膜１２、液晶層１３、反射防止膜１６が、この順に基板１１の＋Ｚ面に配されている。換言すると、光配向膜１２が、光配向膜１４における基板１１とは反対側に配されるとともに、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。液晶層１３は、光配向膜１２上に形成されるとともに、光配向膜１２の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。
【００５１】
この実施形態による光回折素子４の製造方法では、まず、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を行う。
【００５２】
次に、第二塗布工程において、光配向膜１４における基板１１とは反対側に、光配向膜１２を塗布する。
【００５３】
次に、第二配向形成工程において、光配向膜１２に、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射する。これにより、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜１２を形成する。
【００５４】
次に、第二液晶形成工程において、光配向膜１２上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥及び硬化させることにより、光配向膜１２の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する液晶層１３を形成する。
【００５５】
この後、反射防止膜１６を液晶層１３上に形成して、図９に示す光回折素子４が完成する。
【００５６】
次に、上述した光回折素子を変更した実施形態について説明する。尚、上述した実施形態と同様の構成には同じ符号をつけて説明を省略する。図１０は、変更した実施形態による光回折素子のＹＺ平面に平行な断面図である。
【００５７】
図１０に示すように、この実施形態による光回折素子４では、光配向膜１４、液晶層１５、反射防止膜１６が、この順に基板１１の＋Ｚ面に配されるとともに、光配向膜１２、液晶層１３が、この順に基板１１の−Ｚ面に配されている。換言すると、光配向膜１２は、基板１１における光配向膜１４とは反対の面に配されるとともに、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。液晶層１３は、光配向膜１２上に形成されるとともに、光配向膜１２の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。
【００５８】
この実施形態による光回折素子４の製造方法の一例では、まず、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を行う。この後、反射防止膜１６を液晶層１３上に形成する。
【００５９】
次に、第二塗布工程において、基板１１における光配向膜１４とは反対の面に、光配向膜１２を塗布する。
【００６０】
次に、第二配向形成工程において、光配向膜１２に、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射する。これにより、光配向膜１４の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜１２を形成する。
【００６１】
次に、第二液晶形成工程において、光配向膜１２上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥及び硬化させることにより、一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する液晶層１３を形成する。
【００６２】
これにより、図１０に示す光回折素子４が完成する。
【００６３】
尚、この実施形態による光回折素子４の製造方法においては、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を、第二液晶形成工程の後に行ってもよい。
【００６４】
上記図１から図１０の実施形態において、１／２波長板として機能する光配向膜１２および液晶層１３が一組設けられているが、１／２波長板の構成はこれに限られない。他の例として、光配向膜１２および液晶層１３の組を、光学軸が所定の関係になるように複数積層することにより１／２波長板を構成してもよい。これにより、異なる波長のレーザ光に対しても１／２波長の位相差を与えることができ、複数種類の光記憶媒体に対応することができる。
【００６５】
また、部分的に変更する他の実施形態として、レーザから出射された光の偏光方向を、その光を回折させる液晶層の光学軸から傾斜させてもよい。
【００６６】
また、部分的に変更する他の実施形態として、光を回折させる液晶層の２つの領域の面積を異ならせてもよい。これにより、０次光と１次光または多次光との強度及び方向を変更することができる。
【００６７】
また、部分的に変更する他の実施形態として、光配向膜１４を厚くして、液晶層１５を省略してもよい。この場合、光配向膜１４の厚みは、回折させる光９１の波長に対応させて設定することが好ましい。例えば、回折させる光９１の波長が４０５ｎｍ〜７８７ｎｍの場合、光配向膜１４の厚みは、０．５μｍ〜１０μｍ程度にすることが好ましい。この実施形態の製造方法では、光配向膜１４を構成する材料を上述の厚みに対応させて塗布する。この後、所望の偏光方向を有する直線偏光の紫外線を、マスク３１を介して、照射することにより塗布した材料を硬化させて、厚い光配向膜１４を形成することができる。同様に、光配向膜１２を厚くして、液晶層１３を省略してもよい。
【００６８】
また、部分的に変更する他の実施形態として、液晶層１５の光学軸を、光配向膜１４の配向方向と平行以外の方向に設定してもよい。例えば、液晶層１５の光学軸を、光配向膜１４の配向方向から９０°回転させてもよい。同様に、液晶層１３の光学軸を、光配向膜１２の配向方向と平行以外の方向に設定してもよい。液晶層１３の光学軸を、光配向膜１２の配向方向から９０°回転させてもよい。
【００６９】
次に、シミュレーションによって調べた、領域２３と領域２４のリタデーションＲｅと回折効率及び回折効率比との関係について説明する。このシミュレーションは、図２の構成から光配向膜１２及び液晶層１３を省略した構成で行った。リタデーションＲｅは、以下の式で定義される。
Ｒｅ＝（ｎｅ−ｎｏ）・ｄ
ここで、ｎｅは、領域２３及び領域２４の材料の異常屈折率である。ｎｏは、領域２３及び領域２４の材料の常屈折率である。ｄは、領域２３及び領域２４の厚みである。
また、入射光の波長をλとして、（Ｒｅ／λ）をリタデーション比と呼ぶことにする。図１１は、リタデーション比を変化させた場合の、０次光及び±１次光の回折効率の変化を示すグラフである。図１２は、リタデーション比を変化させた場合の、０次光に対する±１次光の回折効率比の変化を示すグラフである。回折効率比とは、（±１次光の回折効率）／（０次光の回折効率）のことである。尚、図中の［−］は、単位が無次元であることを示す。
【００７０】
このシミュレーションの条件を述べる。領域２３及び領域２４の形状は同じである。領域２３の遅相軸の方向と領域２４の遅相軸の方向は直交する。入射光は、領域２３、２４の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域２３の遅相軸と平行である。
【００７１】
図１１に示すように、リタデーション比が大きくなるに連れて、０次光の回折効率は小さくなるとともに、１次光の回折効率は大きくなることがわかる。尚、０次光の回折効率の変曲点におけるリタデーション比は約０．２５である。一方、１次光の回折効率の変曲点におけるリタデーション比は約０．２５である。図１２に示すように、回折効率比は、リタデーション比が大きくなるに連れて、指数関数的に大きくなることがわかる。これにより、リタデーション比を変化させることによって、当該回折効率比を制御することができる。例えば、光ピックアップにおいて、希望の回折効率比が０．１である場合、リタデーション比を０．１５に設定すればよい。
【００７２】
次に、シミュレーションによる領域２３及び領域２４の幅の比と回折効率及び回折効率比との関係について説明する。このシミュレーションは、図２の構成から光配向膜１２及び液晶層１３を省略した構成で行った。尚、幅とは、長手方向と直交する方向の領域２３、２４の長さのことである。下記の説明において、領域２４の幅に対する領域２３の幅の比を幅比ＷＲという。図１３は、幅比ＷＲを変化させた場合の、０次光及び±１次光の回折効率の変化を示すグラフである。図１４は、幅比ＷＲを変化させた場合の、０次光に対する±１次光の回折効率比の変化を示すグラフである。
【００７３】
このシミュレーションの条件を述べる。領域２３及び領域２４の波長に対するリタデーションの比は０．２５である。領域２３の遅相軸の方向と領域２４の遅相軸の方向は直交する。入射光は、領域２３、２４の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域２３の遅相軸と平行である。
【００７４】
図１３に示すように、幅比ＷＲが大きくなるに連れて、０次光の回折効率は小さくなるとともに、１次光の回折効率は大きくなることがわかる。これに伴って、図１４に示すように、回折効率比は、幅比ＷＲが大きくなるに連れて、大きくなることがわかる。但し、幅比ＷＲが一定の大きさ以上となると、回折効率比はほとんど変化しないことがわかる。尚、１次光の変曲点は、幅比ＷＲが約０．２５である。回折効率比の変曲点は、幅比ＷＲが約０．２５である。これにより、１次光の変曲点と回折効率比の変曲点は、略同じ幅比ＷＲで生じていることがわかる。尚、リタデーション比が０．２５である光ピックアップにおいて、希望の回折効率比が０．１である場合、幅比ＷＲは０．２５に設定すればよい。
【００７５】
図１５は、変更した実施形態による光回折素子の分解斜視図である。図１５に示すように、本実施形態の光回折素子１０４では、光配向膜１４の領域２１の配向方向と領域２２の配向方向は、互いに異なる方向である。領域２１の配向方向と領域２２の配向方向との交差角度を「θ」とする。交差角度θは、０°＜θ≦９０°の間で適宜変更してよい。液晶層１５の領域２３の光学軸と領域２４の光学軸は、領域２１、２２の配向方向に倣って、互いに異なる方向である。液晶層１５の領域２３の光学軸と領域２４の光学軸は、交差角度θで交差する。このような構成は、光配向膜１４の領域２１、２２を形成する場合に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することによって、製造できる。
【００７６】
交差角度θを制御することによって、０次光及び１次光の回折効率を設定できる。また、交差角度θを制御することによって、０次光を楕円偏光にするとともに、その楕円率を設定できる。これにより、例えば、光回折素子１０４をレーザ光源のプロジェクターに適用した場合、出射される０次光を希望の楕円率を有する楕円偏光にすることができる。この結果、レーザ光源から出射される光のコヒーレント性の高さに起因するスペックル及び色むらによる画質の低下を抑制できる。
【００７７】
次に、シミュレーションによって調べた、図１５の光回折素子１０４の領域２３、２４の遅相軸の交差角度θと、回折効率、及び、楕円率との関係について説明する。このシミュレーションは、図１５の構成から光配向膜１２及び液晶層１３を省略した構成で行った。このシミュレーションの条件を述べる。領域２３及び領域２４の波長に対するリタデーションの比は、０．１５である。領域２３及び領域２４の形状は同じである。領域２３の遅相軸は領域２３、２４の長手方向と直交した状態で固定する。そして、領域２３の遅相軸と領域２４の遅相軸との間の交差角度θを０°から９０°の間で変化させる。入射光は、領域２３、２４の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域２３の遅相軸と平行である。
【００７８】
図１６は、領域２３の遅相軸と領域２４の遅相軸の交差角度θと、０次光及び１次光の回折効率との関係を示すグラフである。図１６に示すように、交差角度θが大きくなるに連れて、０次光の回折効率は小さくなるとともに、１次光の回折効率は大きくなる。
【００７９】
図１７は、領域２３の遅相軸と領域２４の遅相軸の交差角度θと、０次光及び１次光の楕円率との関係を示すグラフである。楕円率とは、長径に対する短径の比である。即ち、「楕円率＝短径／長径」である。図１７に示すように、交差角度θが４７°から５０°の場合、０次光の楕円率は最大値の０．２４となる。また、交差角度θが０°または９０°の場合、０次光は直線偏光で出射されることがわかる。一方、交差角度θの変化に関わらず、１次光の楕円率は略０であることがわかる。これにより、１次光は、交差角度θに関係なく直線偏光で出射されることがわかる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１        光ピックアップ
２        レーザ
３        偏光フィルター
４        光回折素子
５        偏光ビームスプリッタ
６        コリメートレンズ
７        １／４波長板
８        対物レンズ
９        集光部
１０      受光素子
１１      基板
１２      光配向膜
１３      液晶層
１４      光配向膜
１５      液晶層
１６      反射防止膜
２１      領域
２２      領域
２３      領域
２４      領域
３１      マスク
３２      開口部
９０      光記憶媒体
９１      光
９１０    ０次光
９１１    １次光
１０４    光回折素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005767858.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005767858.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005767858.tif 000014
【図１４】
0005767858.tif 000015
【図１５】
0005767858.tif 000016
【図１６】
0005767858.tif 000017
【図１７】
0005767858.tif 000018